CS245874B1 - Termoplast na bázi polypropylenu a polyetylénu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká termoplastu na bázi polypropylenu a polyetylénu s anorganickým plnivem. Obsahuje 16 až 76 % hmotnostních polypropylenu s indexem toku vyšším než 10, charakterizovaného koeficientem polydisperzity menším než 5, 8 až 57 % hmotnostních polyetylénu charakterizovaného indexem toku nižším než 1 g/10 min. a 20 až 60 % hmotnostních mikromletého vápence s průměrnou velikostí částic 1 až 5 um. Termoplast je použitelný pro vstřikování členitých výrobků s dobrou houževnatostí.

Description

(54) Termoplast na bázi polypropylenu a polyetylénu

Řešení se týká termoplastu na bázi polypropylenu a polyetylénu s anorganickým plnivem. Obsahuje 16 až 76 % hmotnostních polypropylenu s indexem toku vyšším než 10, charakterizovaného koeficientem polydisperzity menším než 5, 8 až 57 % hmotnostních polyetylénu charakterizovaného indexem toku nižším než 1 g/10 min. a 20 až 60 % hmotnostních mikromletého vápence s průměrnou velikostí částic 1 až 5 um.

Termoplast je použitelný pro vstřikování členitých výrobků s dobrou houževnatostí.

Vynález se týká kompozitního materiálu tvořeného směsí polypropylenu s polyetylénem a anorganickým plnivem.

Pro řadu aplikací, například v automobilovém průmyslu, jsou požadovány snadno zpracovatelné termoplastické materiály mající současně vysokou tuhost i houževnatost.

Ze známých termoplastů se těmto požadavkům blíží houževnatý polystyren, který je však nepoužitelný vzhledem ke snadnému poškození v prostředí benzinu ,a olejů.

Vstřikovací typy polypropylenu uvedeným požadavkům nevyhovují vzhledem k tomu, že jejlcb tuhost je poměrně malá, houževnatost nízká a velká anizotropie smrštění neumožňuje dosáhnout požadovaný stupeň přesnosti.

Polypropylen plněný anorganickými plnivy, například mikromletým vápencem, splňuje jen požadavek tuhosti, nedosahuje však potřebné houževnatosti a zatékavosti. Malou zatéksvost ie sice možno kompenzovat zpracováním, při vyšších teplotách a tlacích, omezujícím faktorem je však tepelná stabilita. Dobře tekuté kompozitní materiály lze připravit použitím polypropylenu, jehož struktura, byla modifikována odbouráním za přítomnosti peroxidu, avšak pro mechanicky náročné výrobky mají tyto materiály malou houževnatost.

Podle AO č. 197 043 je možno- připravit materiály mající současně vysokou tuhost i houževnatost použitím ternárních směsí polypropylenu s polyetylénem a anorganickým plnivem. Jsou-li pro přípravu těchto směsí použity běžné (reaktorové) typy polypropylenu, způsobuje přítomnost vysokomolekulárního polyetylénu a anorganického plniva trk velké snížení zatékavosti, že tyto materiály jsou jen obtížně použitelné pro vstřikování členitých výrobků.

Problém houževnatosti souvisí s přítomností dostatečného počtu dlouhých ohebných makromolekul, které vytvářejí spoje mezi jednotlivými částicemi pevné fáze, to je mezi krystality vlastního polymeru i mezi částicemi plniva. Pfoto je pro dosažení žádoucí houževnatosti třeba, aby v semikrystalickém polymeru byl přítomen určitý podíl ohebných vysokomnlekulárních řetězců charakterizovaných molekulární hmotností větší než 10^fi. Na druhé straně je známo, že polymery mající tak vysokou molekulární hmotnost jsou nesnadno' zpracovatelné.

Použijí-li se směsi odbouraného polypropylenu charakterizovaného úzkou distribucí molekulárních hmotností a vysokou tekutostí s vysokomolekulárním polyetylénem, je možno vyrobit směsi, které mají současně dobrou zatékavosti dobrou houževnatost. Z hlediska viskozity taveniny je možnoi tento případ porovnávat se směsí kapalného změkčovadla s vysokomolekulárním polymerem. Je známo, že směsi obsahující 40 °/o hmotnostních vysokomolekulárního polymeru mají kaučukovitě-elastický charakter, směsi obsahující 30 % hmotnostních tohoto polymeru představují již dobře tekuté roztoky. Podobný případ pozorujeme v případě směsí odbouraného' polypropylenu s vysokomolekulárním polyetylénem. Například přísada 15 % hmotnostních vysokomolekulárního polyetylénu způsobuje jen malé zvýšení viskozity taveniny odbouraného polypropylenu. V praxi však nelze v případě neplněných polymerů použít přísadu vysokomolekulárníbo polyetylénu ke zlepšení houževnatosti polypropylenu, protože při chladnutí tavením/ dochází k oddělování obou samostatně krystalizujících fází. Jak bylo ukázáno v AO č. 197 043 zabraňuje přísada anorganického plniva oddělování obou fází.

Takový postup je vhodný i pro modifikaci vysokotekutého polypropylenu.

Předmětem vynálezu je termoplast na bázi polypropylenu a polyetylénu jehož nadmolekulární struktura je modifikována anorganickým plnivem, který obsahuje 16 až 76 proč. hmotnostních polypropylenu s indexem toku vyšším než 10 g/10 min. s koeficientem polydisperzity menším než 5, 8 až 57 % hmotnostních polyetylénu s indexem toku nižším než 1 g/10 min. a 20 a,ž 70 % 1 až 5 ,«m.

Použití dostatečné (nadkrltickéj koncentrace plniva zabraňuje separátní krystalizaci obou polymerů. Přitom se vysokomolekulární polyetylén přednostně sorbuje na plnivo a vytváří houževnatou hraniční vrstvu kolem, částic plniva. Plnivo současně brání vzniku velkých sférolitů, které působí jako koncentrátory napětí a jejichž vznik je právě u vysoce tekutých typů polypropylenu velmi snadný. Kritickou koncentraci plniva si lze představit tak, že při dokonalé dispergaci bude vzdálenost mezi jednotlivými částicemi plniva menší, než je prostor potřebný pro vznik sférolitů.

Předpokládá-11 se například kritická vzdálenost mezi částicemi plniva l_klit — 10 μτη, dostává se při průměrné velikosti částic dgo = 3 μΐη pro' kritickou koncentraci plniva hodnotu 6,33 % objemových, respektive 16,8 % hmotnostních. Je zřejmé, že pro menší částice bude kritická koncentrace plniva menší, avšak zde působí problémy jeho dokonalá dispergace.

Palypropylen, charakterizovaný indexem toku vyšším než 10 a koeficientem polydisperzity, což je poměr váhové M_v a číselné M_n molekulové hmotnosti, menším než 5, se vyrábí peroxidickým odbouráním reaktorových typů.

Dispergace plniva v málo viskózním prostředí odbouraného polypropylenu je velmi obtížná vzhledem k obtížnému přenášení potřebné mechanické energie z hnětacího zařízení do taveniny polymeru a odtud do agregátů plniva. Proto je výhodné postupovat tak, že vysokou koncentraci vysokomolekulárního polyetylénu. Takto připravený koncentrát je pak ředěn na optimální finální koncentraci plniva vysoce tekutým odbouraným polypropylenem.

Homogenní rozmíchání odbouraného polypropylenu s koncentrátem obsahujícím vysokomolekulární polyetylén a část odbouraného polypropylenu je možno zajistit v běžném vstřikovacím stroji vybaveném poměrovým dávkovačem obou složek. Tímto způsobem je možno připravit celou řadu materiálů, které se liší tuhostí, zatékavostí a houževnatostí, a mohou tak vyhovět širokým požadavkům jednotlivých aplikací.

Podstatu vynálezu lépe objasní následující příklad. Díly a procenta uváděná v příkladu jsou hmotnostní.

Příklad 1

Do násypky dvojšnekového směšovacího extrudéru Werner & Pfleiderer ZSK 53 bylo současně dávkováno:

— 21,5 dílů vysokomolekulárního lineárního polyetylénu charakterizovaného indexem toku I. T.]_!M1 = 0,14 g/10 min.

— 21,5 dílů polypropylenu připraveného odbouráním za přítomnosti peroxidu a moderátoru, který byl charakterizován indexem toku I. T._23O = 15,0 g/10 min. a koeficientem polydisperzity 4,8 (I).

— 57,0 dílů mikromletého vápence, charakterizovaného průměrnou velikostí částic 2,7 j«m, tříděného pod 10 μΐη, povrchově upraveného 0,3 % kyseliny stearové.

Hnětení probíhalo při teplotě 230 °C, vycházející struna byla sekána na granulát (IJ).

Mechanické vlastnosti byly hodnoceny u vstřikovaných těles, přičemž do násypky vstřikovacího stroje byla dávkována směs obsahující 70 dílů granulátu II a 30 dílů polypropylenu I. Zatékavost byla hodnocena použitím formy ve tvaru Archimedovy spirály s lichoběžníkovým průřezem 3x5 mm, teplota formy 50 °C, teplota taveniny 250 stupňů Celsia, tlak 7 MPa.

Tabulka porovnává zpracovatelské a mechanické vlastnosti takto vyrobeného materiálu (A) se vzorkem, ve kterém byl polypropylenl I nahrazen běžným vstřikovacím polypropylenem s indexem toku 3,0 g/10 min (B). Dále jsou uvedeny vlastnosti polypropylenu I plněného 40 % stejného mikromletého vápence (C) i vlastnosti neplněného polypropylenu I (DJ:

Vlastnost Jednotka

Index toku		g/10 min,
Zatékavost		cm
Modul pružnosti v ohybu		GPa
Vrubová houževnatost		kj. m~2
Z porovnání materiálu	A (podle	tohoto
vynálezu) s materiálem	B vyplývá,	že při
dosažení stejné tuhosti a	prakticky	rovno-

cenné houževnatosti je dosahováno podstatně lepší zatékavostí. Materiál C má ve srovnání s materiálem A prakticky stejnou za-

A	B	O	D
8	2	12	15
40	32	42	56
2,4	2,4	2,8	1,4
10,5	12,0	3,5	2,6
těkavost, mírně	vyšší	tuhost, avšak	podstat-

ně horší houževnatost. Předností materiálu D je jen vyšší zatékavost, tento materiál však má výrazně menší tuhost i houževnatost.

Claims (1)

1. PŘEDMET

   Termoplast na báze polypropylenu a polyetylénu, jehož nadmolekulární struktura je modifikována anorganickým plnivem vyznačený tím, že obsahuje 16 až 76 % hmotnostních polypropylenu s indexem toku vyšším než 10, charakterizovaného koeficientem polydisperzity menším než 5, 8 až 57

   VYNALEZU proč. hmotnostních polyetylénu, charakterizovaného indexem toku nižším než 1 g/ /10 min. a 20 až 60 % hmotnostních mikromletého vápence charakterizovaného průměrnou velikostí částic v rozsahu 1 až 5 μη!.